JP5498626B1 - 内視鏡装置 - Google Patents

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Abstract

内視鏡装置は、被写体に対する照明光の照射に伴って発生する複数の波長帯域成分を含む戻り光を、各色成分毎に異なる分光感度で受光して撮像する撮像部と、撮像部が前記戻り光を撮像することにより得られる被写体の画像に含まれる各色成分毎の分光スペクトル分布に対して補正処理を施す補正処理部と、補正処理の結果に基づき、被写体の画像を戻り光に含まれる各波長帯域成分毎に分離する処理を行う画像分離処理部と、を有する。

Description

本発明は、内視鏡装置に関し、特に、複数の波長帯域成分を含む光を撮像する内視鏡装置に関するものである。
医療分野における内視鏡装置は、被検者の体腔内の観察等の用途において従来用いられている。具体的には、医療分野における内視鏡装置は、例えば、体腔内の被観察部位へ照射される照明光を供給する光源装置、体腔内の被観察部位への照明光の照射に伴って発生する戻り光を撮像する内視鏡、及び、内視鏡により撮像された戻り光に基づいて被観察部位の画像を生成する画像処理装置を具備して構成されている。
また、前述のような構成を具備する内視鏡装置の多くにおいては、面順次式または同時式のいずれかの撮像方式が採用されている。
具体的には、前述の面順次式の撮像方式は、例えば、複数の波長帯域成分を具備する照明光を時分割することにより得られる面順次光が被観察部位へ照射された際に発生する戻り光を、カラーフィルタが撮像面に設けられていない撮像素子により撮像するような構成により実現され得る。
また、前述の同時式の撮像方式は、例えば、複数の波長帯域成分を具備する照明光が被観察部位へ照射された際に発生する戻り光を、所定の分光感度特性をそれぞれ具備する複数の微小なフィルタを所定の配列で配置したカラーフィルタが撮像面に設けられた撮像素子により撮像するような構成により実現され得る。
そして、例えば日本国特開２００８−０３６０３５号公報には、前述の同時式の撮像方式を採用して構成された内視鏡装置が開示されている。
ところで、前述のカラーフィルタに含まれる各フィルタは、一般的に、所定の色成分の光のみならず、可視域から近赤外域にかけての広い帯域の光を透過させるような分光感度特性を具備するように構成されている。
具体的には、例えば、一般的なベイヤ配列のＲＧＢカラーフィルタに含まれるＲフィルタは、赤色の光のみならず、青色の光及び緑色の光の一部を透過させるような分光感度特性を具備するように構成されている。そのため、前述のＲフィルタを透過した光を撮像した場合においては、赤色の単色画像ではなく、赤色及び赤色以外の他の色成分を含む混色画像が生成されてしまう。
すなわち、前述の同時式の撮像方式においては、前述のカラーフィルタに含まれる各フィルタの分光感度特性に起因し、複数の色成分を含む画像を相互に独立した各波長帯域成分毎の画像として分離できない、という課題がある。
一方、日本国特開２００８−０３６０３５号公報によれば、前述のカラーフィルタに含まれる各フィルタの分光感度特性に応じた帯域となるように照明光の帯域を制限して照射することにより、前述の課題の解決が試みられている。また、このような照明光の帯域を制限して照射する方法の他に、例えば、前述のように生成された混色画像を各波長帯域成分毎の独立した画像に分離するような画像処理を行うことにより、前述の課題の解決が試みられている。
しかし、以上に述べたような従来の方法によれば、前述のカラーフィルタに含まれる各フィルタの分光感度特性と、前述のカラーフィルタに入射される戻り光の波長帯域と、の組み合わせ次第では、各色成分毎の信号に応じて得られる波長情報が異なることに起因し、仮に前述の画像処理を実施したとしても、前述のように生成された混色画像を各波長帯域成分毎の独立した画像に好適に分離できないような状況が発生し、すなわち、前述の課題の少なくとも一部が未解決のままとなっている。
本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、同時式の撮像方式により撮像された複数の色成分を含む画像を、相互に独立した各波長帯域成分毎の画像として好適に分離することが可能な内視鏡装置を提供することを目的としている。
本発明の一態様の内視鏡装置は、被写体に対する照明光の照射に伴って発生する複数の波長帯域成分を含む戻り光を、複数の異なる分光感度で受光して前記分光感度毎の撮像信号を生成する撮像部と、前記被写体から発生する前記戻り光のスペクトル分布に関する情報と、前記撮像部の分光感度特性を示す情報と、に基づき、前記撮像部により生成された前記撮像信号に含まれる前記複数の波長帯域成分毎のスペクトル分布が互いに相似な形状になるような補正係数を設定する補正部と、前記補正部において設定された前記補正係数に基づき、前記撮像部で生成された前記分光感度毎の撮像信号を前記戻り光に含まれる前記複数の波長帯域成分のうち各波長帯域成分毎に分離する演算を行う演算部と、を有する。
本発明の実施例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図。 図１の内視鏡装置のカラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタの分光感度特性の一例を示す図。 正規化された赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤのスペクトル分布の例を示す図。 図３における赤色成分ＲＤ及び緑色成分ＧＤのスペクトル分布の形状を、青色成分ＢＤのスペクトル分布の形状に一致させた場合の例を示す図。 スペクトル分布補正機能を具備しないマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の一例を示す図。 スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の一例を示す図。 本発明の実施例における第１の変形例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図。 スペクトル分布補正機能を具備しないマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図５とは異なる例を示す図。 スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図６とは異なる例を示す図。 本発明の実施例における第２の変形例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図。 図１０の内視鏡装置のカラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ、及び、Ｙｅフィルタの分光感度特性の一例を示す図。 スペクトル分布補正機能を具備しないマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図５及び図８とは異なる例を示す図。 スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図６及び図９とは異なる例を示す図。
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しつつ説明を行う。
図１から図６は、本発明の実施例に係るものである。図１は、本発明の実施例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図である。
内視鏡装置１は、図１に示すように、被検者の体腔内に挿入可能であるとともに、該体腔内に存在する生体組織等の被写体を撮像して画像データを取得するように構成されたスコープ２と、当該被写体へ出射される照明光をスコープ２に供給するように構成された光源装置３と、スコープ２により取得された画像データに応じた映像信号を生成して出力するように構成されたプロセッサ４と、プロセッサ４から出力される映像信号に応じた画像を表示するように構成された表示装置５と、ユーザの操作に応じた情報の入力等をプロセッサ４に対して行うことが可能な情報入力部としての機能を備えた入力装置６と、を有している。また、スコープ２の内部には、光源装置３から供給される光をスコープ２の先端部へ伝送するように構成されたライトガイド７が挿通されている。
スコープ２は、例えば細長な挿入部を備えた内視鏡として構成されており、ライトガイド７により伝送された照明光を被写体に対して出射する照明光学系２１と、当該照明光により照明された当該被写体からの戻り光を結像する対物光学系２２と、対物光学系２２の結像位置に撮像面が配置された撮像素子２３と、撮像素子２３の撮像面に取り付けられたカラーフィルタ２３ａと、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に配置されたフィルタ切替装置２４と、を先端部に有している。
また、スコープ２は、内視鏡装置１の観察モードの切り替えに係る指示を行うことが可能なモード切替スイッチ２５と、プロセッサ４の画像処理に用いられる所定の情報が予め格納されている記憶部２６と、を有している。
撮像素子２３は、プロセッサ４から出力される撮像素子駆動信号に基づいて駆動することにより、被写体を撮像し、当該撮像した被写体に応じた撮像信号を生成してプロセッサ４へ出力するように構成されている。
カラーフィルタ２３ａは、所定の分光感度特性（光学特性）をそれぞれ具備する複数のＲ（赤）フィルタ、Ｇ（緑）フィルタ、及び、Ｂ（青）フィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置にベイヤ配列で（市松状に）配置することにより形成されている。なお、本実施例においては、例えば、図２に示すような分光感度特性をそれぞれ具備するＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタがカラーフィルタ２３ａに設けられているものとする。図２は、図１の内視鏡装置のカラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、及び、Ｂフィルタの分光感度特性の一例を示す図である。
カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、赤色域から近赤外域までにおける透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタは、後述のＦＬ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。
カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、緑色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図２参照）。すなわち、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタは、後述のＲＥＦ光の波長帯域の透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるように構成されている。
カラーフィルタ２３ａのＢフィルタは、青色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図２参照）。
フィルタ切替装置２４は、光源装置３から出力されるフィルタ切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避させる動作を行うように構成されている。また、フィルタ切替装置２４は、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避している場合においては、対物光学系２２を介して入射される各波長帯域の光をカラーフィルタ２３ａ側へ透過させるように構成されている。
一方、フィルタ切替装置２４は、光源装置３から出力されるフィルタ切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿させる動作を行うように構成されている。
また、フィルタ切替装置２４は、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿している場合においては、対物光学系２２を介して入射される各波長帯域の光のうち、励起光カットフィルタ２４ａの光学特性に応じた所定の波長帯域の光のみをカラーフィルタ２３ａ側へ透過させるように構成されている。具体的には、励起光カットフィルタ２４ａは、例えば、後述のＮＢＸ光を遮断する（ＮＢＸ光の透過率が略０に設定されている）とともに、当該ＮＢＸ光以外の波長帯域の光を略透過させる光学特性を具備して構成されている。
モード切替スイッチ２５は、内視鏡装置１の観察モードを、術者等の操作に応じて白色光観察モード及び蛍光観察モードから選択されたいずれか一方の観察モードに切り替えるための指示を行うことができるように構成されている。
不揮発性メモリ等により構成される記憶部２６には、後述のマトリクスＭＡＵＡを取得するための演算処理に用いられる所定の情報が予め格納されている。また、記憶部２６は、スコープ２とプロセッサ４とが接続されたことを検出した際に、所定の情報をプロセッサ４へ出力するように構成されている。なお、記憶部２６に格納される所定の情報の詳細については、後程説明する。
光源装置３は、ＬＥＤ光源部３１と、ＬＥＤ駆動部３２と、ＬＥＤ光源部３１において発せられた光を集光してライトガイド７へ供給する集光光学系３３と、を有している。
ＬＥＤ光源部３１は、広帯域光であるＷＢ光を発するＬＥＤ３１ａと、狭帯域光であるＮＢＸ光を発するＬＥＤ３１ｂと、狭帯域光であるＮＢＲ光を発するＬＥＤ３１ｃと、光学素子３１ｄと、光学素子３１ｅと、を有して構成されている。
ＬＥＤ３１ａは、例えば、白色ＬＥＤを具備し、白色光をＷＢ光として発することができるように構成されている。
ＬＥＤ３１ｂは、蛍光プローブ等の所定の蛍光物質の励起波長を含む波長帯域の光をＮＢＸ光として発することができるように構成されている。
ＬＥＤ３１ｃは、ＮＢＸ光と重複しない波長帯域の光をＮＢＲ光として発することができるように構成されている。
光学素子３１ｄは、例えばハーフミラー等により構成されており、ＬＥＤ３１ａから発せられたＷＢ光を光学素子３１ｅ側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｂから発せられたＮＢＸ光を光学素子３１ｅ側へ反射するような光学特性を具備している。
光学素子３１ｅは、例えばハーフミラー等により構成されており、光学素子３１ｄを経て出射されたＷＢ光及びＮＢＸ光を集光光学系３３側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｃから発せられたＮＢＲ光を集光光学系３３側へ反射するような光学特性を具備している。
ＬＥＤ駆動部３２は、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを駆動させるための駆動電流を供給することができるように構成されている。また、ＬＥＤ駆動部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づいてＬＥＤ駆動部３２からＬＥＤ光源部３１へ供給される駆動電流の大きさを変化させることにより、ＬＥＤ光源部３１の各ＬＥＤから発せられる光（ＷＢ光、ＮＢＸ光及びＮＢＲ光）の強度（光量）を変化させることができるように構成されている。さらに、ＬＥＤ駆動部３２は、プロセッサ４から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１に設けられた各ＬＥＤを発光または消光させることができるように構成されている。
プロセッサ４は、前処理部４１と、Ａ／Ｄ変換部４２と、画像処理部４３と、Ｄ／Ａ変換部４４と、調光部４５と、モード切替制御部４６と、撮像素子駆動部４７と、フィルタ切替制御部４８と、を有している。
前処理部４１は、スコープ２から出力される撮像信号に対して信号増幅及びノイズ除去等の処理を施し、当該処理を施した撮像信号をＡ／Ｄ変換部４２及び調光部４５へ出力するように構成されている。
Ａ／Ｄ変換部４２は、前処理部４１から出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して画像処理部４３へ出力するように構成されている。
画像処理部４３は、Ａ／Ｄ変換部４２から出力される画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を実施可能な機能を備えて構成されている。
一方、画像処理部４３は、スペクトル分布補正部４３ａ及びマトリクス演算部４３ｂを有して構成されている。
補正処理部としての機能を備えたスペクトル分布補正部４３ａは、スコープ２とプロセッサ４との接続に伴って記憶部２６から出力される所定の情報に基づいて後述の処理を行うことにより、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスＣを取得する。
画像分離処理部としての機能を備えたマトリクス演算部４３ｂは、スコープ２とプロセッサ４との接続に伴って記憶部２６から出力される所定の情報と、スペクトル分布補正部４３ａにより取得されたマトリクスＣと、に基づいて後述の処理を行うことにより、スペクトル分布補正機能及び画像分離機能を兼ね備えたマトリクスＭＡＵＡを取得するための演算処理を行う。また、マトリクス演算部４３ｂは、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに対してマトリクスＭＡＵＡを適用して演算を行い、さらに、当該演算の結果として得られた各波長帯域成分の画像データを表示装置５のＲチャンネル、Ｇチャンネル、及び、Ｂチャンネルに割り当てる処理を行う。なお、マトリクス演算部４３ｂの処理の詳細については、後程説明する。
そして、画像処理部４３は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、マトリクス演算部４３ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４４へ出力する。
一方、画像処理部４３は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、Ａ／Ｄ変換部４２から出力される画像データに含まれる各色成分を表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当て、さらに、各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４４へ出力する。すなわち、本実施例の画像処理部４３によれば、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられた場合には、マトリクスＭＡＵＡを用いた（マトリクス演算部４３ｂによる）演算処理が行われないように構成されている。
Ｄ／Ａ変換部４４は、画像処理部４３から出力される画像データをアナログの映像信号に変換して表示装置５へ出力するように構成されている。
調光部４５は、前処理部４１から出力される撮像信号の明るさに応じた調光信号を出力するように構成されている。具体的には、調光部４５は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号と、前処理部４１から出力される撮像信号とに基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ｂ及びＬＥＤ３１ｃを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａを白色光観察モードの観察に適した強度で発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。また、調光部４５は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号と、前処理部４１から出力される撮像信号とに基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ａを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ｂ及びＬＥＤ３１ｃを蛍光観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。
モード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、撮像素子駆動部４７、及び、フィルタ切替制御部４８の各部に対して出力する。また、モード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、蛍光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、撮像素子駆動部４７及びフィルタ切替制御部４８の各部に対して出力する。
撮像素子駆動部４７は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、現在選択されている観察モードに応じたタイミングで撮像動作を行わせるとともに、現在選択されている観察モードに応じたゲインを用いて撮像信号を生成させるような撮像素子駆動信号を撮像素子２３へ出力する。
フィルタ切替制御部４８は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａが退避されるように動作させるためのフィルタ切替信号をフィルタ切替装置２４へ出力する。また、フィルタ切替制御部４８は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａが介挿されるように動作させるためのフィルタ切替信号をフィルタ切替装置２４へ出力する。
次に、本実施例の内視鏡装置１の作用について説明する。
術者等のユーザは、内視鏡装置１の各部を接続し、さらに、内視鏡装置１の各部の電源を投入した後においてモード切替スイッチ２５を操作することにより、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに設定する。
モード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１の観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、撮像素子駆動部４７、及び、フィルタ切替制御部４８の各部に対して出力する。
ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４５から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ｂ及びＬＥＤ３１ｃを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａを白色光観察モードの観察に適した強度で発光させる。
そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、白色光観察モードにおいては、光源装置３から供給された照明光としてのＷＢ光（白色光）がライトガイド７及び照明光学系２１を経て被写体へ出射され、当該被写体へ出射されたＷＢ光の反射光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される。
一方、フィルタ切替装置２４は、フィルタ切替制御部４８から出力されるフィルタ切替信号に基づき、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上から励起光カットフィルタ２４ａを退避させるように動作する。
そのため、白色光観察モードにおいては、カラーフィルタ２３ａに入射されたＷＢ光がＲ光、Ｇ光及びＢ光の３つの色成分の光に分光され、当該分光された３つの色成分の光が撮像素子２３の撮像面で受光され、さらに、当該受光された３つの色成分の光を撮像して得た撮像信号が撮像素子２３から出力される。
前処理部４１は、スコープ２から出力される撮像信号に対して信号増幅及びノイズ除去等の処理を施し、当該処理を施した撮像信号をＡ／Ｄ変換部４２へ出力する。
Ａ／Ｄ変換部４２は、前処理部４１から出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して画像処理部４３へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部４２の処理により、撮像素子２３の撮像面で受光されたＲ光、Ｇ光及びＢ光の強度に応じた赤色成分ＲＣと、緑色成分ＧＣと、青色成分ＢＣと、を含む画像データが生成される。
画像処理部４３は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が白色光観察モードに切り替えられたことを検出すると、Ａ／Ｄ変換部４２から出力される画像データに含まれるＲＣ、ＧＣ及びＢＣの各色成分を表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当て、さらに、当該各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４４へ出力する。
そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４４を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。
すなわち、以上に述べたような動作等が白色光観察モードにおいて行われることにより、白色光観察モードに対応した観察画像（カラー画像）が表示装置５に表示される。
一方、ユーザは、蛍光観察モードによる観察対象部位１０１の観察を開始する前に、癌等の病変組織に集積する蛍光プローブ（蛍光物質）を被検者（観察対象部位１０１）に投与する。なお、本実施例における蛍光プローブ（蛍光物質）の励起波長は、ＮＢＸ光の波長帯域に含まれているものとする。また、本実施例における蛍光プローブ（蛍光物質）がＮＢＸ光により励起された際に、ＮＢＲ光と重複しない波長帯域の蛍光が発せられるものとする。
また、ユーザは、表示装置５に表示される白色光観察モードの観察画像を見ながらスコープ２の挿入操作を行うことにより、被検体内における所望の観察対象部位１０１の近傍にスコープ２の先端部を配置させる。そして、このような状態において、ユーザ等は、モード切替スイッチ２５を操作することにより、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える指示を行う。
モード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１の観察モードを蛍光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、蛍光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、撮像素子駆動部４７、及び、フィルタ切替制御部４８の各部に対して出力する。
ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４５から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ａを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ｂ及びＬＥＤ３１ｃを蛍光観察モードの観察に適した強度となるように同時に発光させる。
そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、蛍光観察モードにおいては、光源装置３から供給されたＮＢＸ光及びＮＢＲ光がライトガイド７及び照明光学系２１を経て観察対象部位１０１へ出射される。このとき、照明光学系２１から出射されたＮＢＸ光が励起光として作用し、照明光学系２１から出射されたＮＢＲ光が参照光として作用することにより、蛍光としてのＦＬ光と、ＮＢＲ光の反射光であるＲＥＦ光と、の混合光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される。
一方、フィルタ切替装置２４は、フィルタ切替制御部４８から出力されるフィルタ切替信号に基づき、対物光学系２２とカラーフィルタ２３ａとの間の光路上に励起光カットフィルタ２４ａを介挿させるように動作する。
そして、このようなフィルタ切替装置２４の動作により、蛍光観察モードにおいては、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを通過した光と、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを通過した光と、励起光カットフィルタ２４ａ及びカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを通過した光と、が撮像素子２３の撮像面で受光され、さらに、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号が撮像素子２３から出力される。
すなわち、撮像素子２３及びカラーフィルタ２３ａは、観察対象部位１０１に対する照明光の照射に伴って発生する複数の波長帯域成分を含む戻り光を、各色成分毎に異なる分光感度で受光して撮像する撮像部として機能する。
前処理部４１は、スコープ２から出力される撮像信号に対して信号増幅及びノイズ除去等の処理を施し、当該処理を施した撮像信号をＡ／Ｄ変換部４２へ出力する。
Ａ／Ｄ変換部４２は、前処理部４１から出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して画像処理部４３へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部４２の処理により、撮像素子２３の撮像面で受光されたＦＬ光及びＲＥＦ光の強度に応じた赤色成分ＲＤと、緑色成分ＧＤと、青色成分ＢＤと、を含む画像データが生成される。
画像処理部４３は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１が蛍光観察モードに切り替えられたことを検出すると、マトリクスＭＡＵＡを用いた演算処理をマトリクス演算部４３ｂにおいて実施させるように動作する。
ここで、スペクトル分布補正機能及び画像分離機能を兼ね備えたマトリクスＭＡＵＡの取得に係る処理の具体例について説明する。なお、マトリクスＭＡＵＡの取得に係る処理の具体例として以下に説明する処理は、内視鏡装置１の観察モードが蛍光観察モードに切り替えられる前のいずれかのタイミングで実施されるものとする。
記憶部２６は、スコープ２とプロセッサ４とが接続されたことを検出した際に、マトリクスＭＡＵＡを取得するための演算処理に用いられる所定の情報として、例えば、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、蛍光観察モードにおいて被写体から発せられる戻り光であるＦＬ光及びＲＥＦ光のスペクトル分布を示す情報と、をプロセッサ４の画像処理部４３へ出力する。
スペクトル分布補正部４３ａは、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）を備えた撮像素子２３の分光感度特性を示す情報と、蛍光観察モードにおいて被写体から発せられるＦＬ光及びＲＥＦ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づき、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤのスペクトル分布を取得する。
また、スペクトル分布補正部４３ａは、前述のように取得した赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤのスペクトル分布を所定の手法で正規化する。
具体的には、例えば、５５０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光がＲＥＦ光として発せられ、６６０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光がＦＬ光として発せられ、さらに、ＲＥＦ光のピーク波長及びＦＬ光のピーク波長における信号強度のピーク値をそれぞれ１．０にするような手法で正規化を行った場合においては、赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤのスペクトル分布がそれぞれ図３に示すように正規化される。図３は、正規化された赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤのスペクトル分布の例を示す図である。
図３によれば、各色成分毎の信号に応じて得られるスペクトル分布が、６６０ｎｍ付近のピーク波長を具備するＦＬ光の帯域において相互に異なっている。そして、このような各色成分間のスペクトル分布の相異は、ＦＬ光の波長帯域における撮像素子２３（カラーフィルタ２３ａの各フィルタ）の各色成分毎の分光感度がそれぞれ異なる波長分布を有していることに起因して発生する。従って、マトリクス演算部４３ｂによる画像分離を好適に実施させるには、図３に例示したような各色成分間のスペクトル分布の相異を、画像分離に係る処理が実施される前に予め補正しておく必要がある。
そこで、スペクトル分布補正部４３ａは、正規化されたスペクトル分布の形状を相互に一致させるように各係数を設定した、３行３列のマトリクスＣを取得する。
具体的には、スペクトル分布補正部４３ａは、例えば、図３に示した各色成分のスペクトル分布の形状が図４に示すような形状となるように各係数を設定した、３行３列のマトリクスＣを取得する。図４は、図３における赤色成分ＲＤ及び緑色成分ＧＤのスペクトル分布の形状を、青色成分ＢＤのスペクトル分布の形状に一致させた場合の例を示す図である。
なお、スペクトル分布補正部４３ａは、赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤの中から選択した任意の１つの色成分のスペクトル分布の形状に対し、他の２つの色成分のスペクトル分布の形状を一致させるように各係数を設定したマトリクスＣを取得してもよく、または、赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤのスペクトル分布の形状を所定の形状にそれぞれ一致させるように各係数を設定したマトリクスＣを取得してもよい。
以上に述べたようなスペクトル分布補正部４３ａの処理を経て取得されるマトリクスＣは、正規化される前の各色成分（赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤ）のスペクトル分布、すなわち、蛍光観察モード時に撮像素子２３の撮像面で受光されるＦＬ光及びＲＥＦ光に基づいて生成される画像データの各色成分（赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤ）のスペクトル分布の形状が互いに相似な形状となるように補正可能なスペクトル分布補正機能を具備している。
一方、マトリクス演算部４３ｂは、以上に述べたようなスペクトル分布補正部４３ａの処理により取得された３行３列のマトリクスＣと、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、蛍光観察モードにおいて被写体から発せられるＦＬ光及びＲＥＦ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づいて以下のような処理等を行うことによりマトリクスＭＡＵＡを取得する。
まず、マトリクス演算部４３ｂは、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、蛍光観察モードにおいて被写体から発せられるＦＬ光及びＲＥＦ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づき、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データＩRGBに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤの強度に対応するマトリクスを以下の数式（１）のように定める。なお、以下の数式（１）において、ＲFLはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧFLはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢFLはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、ＲREFはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧREFはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢREFはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。

Figure 0005498626

ここで、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、相互に独立した２つの色成分の画像データを分離するためのマトリクスがＭＡＵとして設定され、さらに、分離後の２つの色成分の画像データを示すマトリクスがＳとして設定された場合、以下の数式（２）及び（３）に示すような関係が成立する。

Figure 0005498626
Figure 0005498626

そして、マトリクス演算部４３ｂは、上記の数式（２）及び（３）に基づく以下の数式（４）の演算を行うことにより、２行３列のマトリクスＭＡＵを求める。なお、以下の数式（４）における（Ｃ・ＩRGB）＋は、３行３列のマトリクスＣと、上記の数式（１）として示したような３行２列のマトリクスＩRGBと、の積の擬似逆行列を表すものとする。

Figure 0005498626

上記の数式（４）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵを用いた処理によれば、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、ＦＬ光の波長成分に基づく赤色成分ＦＬＲＤのみを含む画像データを分離することができる。
また、上記の数式（４）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵを用いた処理によれば、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、ＲＥＦ光の波長成分に基づく緑色成分ＲＥＦＧＤのみを含む画像データを分離することができる。
ところで、上記の数式（４）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵを用いた処理によれば、前述の赤色成分ＦＬＲＤ及び緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データをそれぞれ得ることができる一方で、青色成分の画像データを得ることができない。そのため、本実施例のマトリクス演算部４３ｂは、前述の緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データと同じ強度を具備する青色成分ＲＥＦＢＤの画像データを得ることができるように係数が設定された、以下の数式（５）として表されるような３行３列のマトリクスＭＡＵＡを取得する。なお、以下の数式（５）における係数Ｍ１１、Ｍ１２、Ｍ１３、Ｍ２１、Ｍ２２、及び、Ｍ２３は、上記の数式（４）の演算を経て求められる２行３列のマトリクスＭＡＵに含まれる各係数と同じ値であるとする。

Figure 0005498626

すなわち、マトリクス演算部４３ｂは、３行３列のマトリクスＣと、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、蛍光観察モードにおいて被写体から発せられるＦＬ光及びＲＥＦ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づいて以上に述べたような処理等を行うことにより、上記の数式（５）として表されるようなマトリクスＭＡＵＡを取得する。
そして、マトリクス演算部４３ｂは、蛍光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ、緑色成分ＧＤ及び青色成分ＢＤに対し、予め取得したマトリクスＭＡＵＡを適用して演算を行うことにより、以下の数式（６）として表されるような、係数Ｍ１１、Ｍ１２及びＭ１３に応じた強度を具備する赤色成分ＦＬＲＤの画像データと、係数Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３に応じた強度を具備する緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データと、係数Ｍ２１、Ｍ２２及びＭ２３に応じた強度を具備する青色成分ＲＥＦＢＤの画像データと、を取得する。

Figure 0005498626

また、マトリクス演算部４３ｂは、赤色成分ＦＬＲＤの画像データを表示装置５のＲチャンネルに割り当て、緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データを表示装置５のＧチャンネルに割り当て、青色成分ＲＥＦＢＤの画像データを表示装置５のＢチャンネルに割り当てる。
その後、画像処理部４３は、マトリクス演算部４３ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４４へ出力する。
そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４４を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。
すなわち、以上に述べたような動作等が蛍光観察モードにおいて行われることにより、蛍光観察モードに対応した観察画像（擬似カラー画像）が表示装置５に表示される。
ところで、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタは、それぞれ可視域から近赤外域にかけての広い帯域に透過特性を有している。そのため、本実施例の蛍光観察モード時に画像処理部４３に入力される赤色成分ＲＤには、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく成分と、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく成分と、が混在している。また、本実施例の蛍光観察モード時に画像処理部４３に入力される画像データに含まれる緑色成分ＧＤには、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＦＬ光の波長成分に基づく成分と、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＦ光の波長成分に基づく成分と、が混在している。そのため、もし仮に、赤色成分ＲＤをそのまま表示装置５のＲチャンネルに割り当て、かつ、緑色成分ＧＤをそのまま表示装置５のＧチャンネルに割り当てた場合、本来意図した色調の観察画像が表示されない場合がある、という問題点が生じる。
そして、本実施例によれば、前述のような問題点を解消するために、表示装置５のＲ、Ｇ及びＢチャンネルに色成分が割り当てられる前に、画像分離機能を具備するマトリクスＭＡＵＡを用いた処理がマトリクス演算部４３ｂにおいて行われることにより、各波長帯域成分毎に相互に独立した画像データである、赤色成分ＦＬＲＤ及び緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データをそれぞれ得ることができる。
また、本実施例によれば、マトリクスＭＡＵＡがスペクトル分布補正機能及び画像分離機能の２つの機能を兼ね備えることにより、赤色成分ＦＬＲＤ及び緑色成分ＲＥＦＧＤの画像データを、各波長帯域成分毎に相互に独立した画像データであり、かつ、カラーフィルタ２３ａに含まれる各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性と、カラーフィルタ２３ａに入射される戻り光（ＦＬ光及びＲＥＦ光）の波長帯域と、の組み合わせに起因して生じる混色が解消された画像データとして得ることができる。
ところで、上記の数式（２）及び数式（４）にそれぞれ含まれるマトリクスＣは、スペクトル分布補正機能をマトリクスＭＡＵＡに含ませるために、例えば、各色成分の信号間のスペクトル分布を一致させるような各係数を具備するマトリクスとして設定される。これに対し、例えば、マトリクスＣが単位行列であると仮定した場合、すなわち、マトリクスＭＡＵＡが実質的にスペクトル分布補正機能を具備しないと仮定した場合には、マトリクスＭＡＵＡを用いた演算が行われることにより、図５のようなスペクトル分布を具備する各色成分の信号の出力値が得られる。図５は、スペクトル分布補正機能を具備しないマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の一例を示す図である。
図５のＲ成分のスペクトル分布によれば、６６０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光としてのＦＬ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分の出力値が０付近からほとんど変動しておらず、すなわち、ＦＬ光の波長成分については適切に分離されている。
また、図５のＧ成分（Ｂ成分）のスペクトル分布によれば、５５０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光としてのＲＥＦ光に相当する波長帯域成分以外に、ＦＬ光に相当する波長帯域成分においても明確な出力値の変動が生じており、すなわち、ＲＥＦ光の波長成分については適切に分離されていないことがわかる。
一方、本実施例によれば、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスＭＡＵＡを用いた演算が行われることにより、例えば、図６のようなスペクトル分布を具備する各色成分の信号の出力値が得られる。図６は、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の一例を示す図である。
図６のＲ成分のスペクトル分布によれば、６６０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光としてのＦＬ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分の出力値が０付近からほとんど変動しておらず、すなわち、ＦＬ光の波長成分については適切に分離されている。
また、図６のＧ成分（Ｂ成分）のスペクトル分布によれば、５５０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光としてのＲＥＦ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分（ＦＬ光に相当する波長帯域成分）における明確な出力値の変動が生じておらず、すなわち、ＲＥＦ光の波長成分についても適切に分離されていることがわかる。
従って、本実施例によれば、同時式の撮像方式により得られる複数の色成分を含む画像を、相互に独立した各波長帯域成分毎の画像として好適に分離することができる。
なお、本実施例に係る内視鏡装置１は、スコープ２とプロセッサ４とが接続された際に、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、蛍光観察モードにおいて被写体から発せられる戻り光であるＦＬ光及びＲＥＦ光のスペクトル分布を示す情報と、が記憶部２６から出力され、さらに、当該出力された各情報に基づいてマトリクスＣの取得等に係る処理が行われるような構成を具備するものに限らない。
具体的には、本実施例に係る内視鏡装置１は、例えば、スコープ２に設けられた撮像素子２３（及びカラーフィルタ２３ａ）の種類を識別可能な撮像素子識別情報と、スコープ２による観察に対応した（励起光カットフィルタ２４ａの透過波長帯域に適合した）蛍光プローブの種類を識別可能な蛍光プローブ識別情報と、を予め記憶部２６に記憶させておくとともに、撮像素子の種類と蛍光プローブの種類との組み合わせに応じて予め算出した複数のマトリクスＣをスペクトル分布補正部４３ａに記憶させておくような構成を具備していてもよい。そして、このような構成によれば、スペクトル分布補正部４３ａは、スコープ２とプロセッサ４とが接続された際に記憶部２６から出力される撮像素子識別情報及び蛍光プローブ識別情報に基づき、マトリクスＭＡＵＡの取得に係る処理に用いられる１つのマトリクスＣを、予め算出された複数のマトリクスＣの中から簡易かつ高速に取得できる。
なお、本実施例によれば、蛍光観察モードにおいて使用される蛍光プローブに関する情報（例えば蛍光薬剤の名称または識別コード等）が入力装置６の操作により入力され、当該入力された蛍光プローブの情報に応じたマトリクスＣが（スペクトル分布補正部４３ａにより）設定されるような構成を具備していてもよい。
また、本実施例によれば、マトリクスＭＡＵＡの各係数を、入力装置６の入力操作に応じた任意の値に変更できるように構成してもよい。
また、本実施例によれば、例えば、ＮＢＸ光の波長帯域に含まれる相互に略同一の励起波長を具備するとともに、相互に異なる蛍光波長を具備するような複数の蛍光プローブの蛍光像を撮像できるようにスコープ２が構成されている場合において、当該複数の蛍光プローブの中から選択した１つの蛍光プローブの情報を入力装置６の操作により入力できるようにし、さらに、当該入力された蛍光プローブの情報と前述の撮像素子識別情報とに基づき、予め算出された複数のマトリクスＣの中から、マトリクスＭＡＵＡの取得に係る処理に用いられる１つのマトリクスＣが（スペクトル分布補正部４３ａにより）取得される（選択される）ような構成を具備していてもよい。
また、前述のような処理を経て取得されたマトリクスＭＡＵＡは、Ｃｙ５、Ｃｙ５．５、Ｃｙ７、ＩＣＧ、及び、ＩＲ−Ｄｙｅ８００等の、赤色域から近赤外域の間の蛍光波長を具備する蛍光プローブを観察対象部位１０１に投与して観察を行う場合に適合したものとなっている。但し、例えば、マトリクスＭＡＵＡの取得に係る処理の一部を適宜変更することにより、フルオレセイン等の緑色域の蛍光波長を具備する蛍光プローブを観察対象部位１０１に投与して観察を行う場合に適合したマトリクスＭＡＵＡを取得することもできる。なお、このような場合においては、ＦＬ光が緑色域の光になることを考慮し、ＲＥＦ光の波長帯域を、例えば赤色域のような、ＦＬ光に対して重複しない波長帯域に設定することが望ましい。
また、本実施例は、例えば、観察対象部位１０１に投与されたフルオレセインから発せられる緑色域の蛍光と、観察対象部位１０１に投与されたＩＣＧから発せられる近赤外域の蛍光と、を同時に観察するような場合、すなわち、相互に異なる蛍光波長を具備する複数の蛍光プローブが投与された被写体から発せられる蛍光を同時に観察するような場合においても適用できる。
また、本実施例により取得されるマトリクスＣ及びマトリクスＭＡＵＡは、蛍光観察モードにおいて発生する戻り光としてのＦＬ光及びＲＥＦ光に適合するように各係数が設定されるものに限らず、例えば、生体粘膜の表層に存在する毛細血管及び生体粘膜の表層よりも深い位置（以降、中層とも称する）に存在する血管を観察する狭帯域光観察モードにおいて発生する戻り光（反射光）としての青色の狭帯域光及び緑色の狭帯域光に適合するように各係数が設定されるものであってもよい。このような場合の具体例について以下に説明する。図７は、本発明の実施例における第１の変形例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図である。なお、以降においては、簡単のため、内視鏡装置１に係る既述の構成等を適用可能な部分に関する詳細な説明を省略するとともに、内視鏡装置１とは異なる構成等に有する部分に関して主に説明を行う。
内視鏡装置１Ａは、図７に示すように、スコープ２からフィルタ切替装置２４を除いて構成されたスコープ２Ａと、光源装置３のＬＥＤ光源部３１をＬＥＤ光源部３１１に置き換えて構成された光源装置３Ａと、プロセッサ４からフィルタ切替制御部４８を除いて構成されたプロセッサ４Ａと、を有している。
スコープ２Ａのモード切替スイッチ２５は、内視鏡装置１Ａの観察モードを、術者等の操作に応じて白色光観察モード及び狭帯域光観察モードから選択されたいずれか一方の観察モードに切り替えるための指示を行うことができるように構成されている。
ＬＥＤ光源部３１１は、広帯域光であるＷＢ光を発するＬＥＤ３１ａと、生体粘膜の中層に存在する血管を観察可能な光であるＮＢＧ光を発するＬＥＤ３１ｆと、生体粘膜の表層に存在する毛細血管を観察可能な光であるＮＢＢ光を発するＬＥＤ３１ｇと、光学素子３１ｈと、光学素子３１ｉと、を有して構成されている。
ＬＥＤ３１ｆは、例えば、中心波長が５４０ｎｍに設定された狭帯域な光をＮＢＧ光として発することができるように構成されている。
ＬＥＤ３１ｇは、例えば、中心波長が４１５ｎｍに設定された狭帯域な光をＮＢＢ光として発することができるように構成されている。
光学素子３１ｈは、例えばハーフミラー等により構成されており、ＬＥＤ３１ａから発せられたＷＢ光を光学素子３１ｉ側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｆから発せられたＮＢＧ光を光学素子３１ｉ側へ反射するような光学特性を具備している。
光学素子３１ｉは、例えばハーフミラー等により構成されており、光学素子３１ｈを経て出射されたＷＢ光及びＮＢＧ光を集光光学系３３側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｇから発せられたＮＢＢ光を集光光学系３３側へ反射するような光学特性を具備している。
プロセッサ４Ａのスペクトル分布補正部４３ａは、スコープ２Ａとプロセッサ４Ａとの接続に伴って記憶部２６から出力される所定の情報に基づいて処理を行うことにより、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスＣａを取得する。
プロセッサ４Ａのマトリクス演算部４３ｂは、スコープ２Ａとプロセッサ４Ａとの接続に伴って記憶部２６から出力される所定の情報と、スペクトル分布補正部４３ａにより取得されたマトリクスＣａと、に基づいて処理を行うことにより、スペクトル分布補正機能及び画像分離機能を兼ね備えたマトリクスＭＡＵＢを取得するための演算処理を行う。また、プロセッサ４Ａのマトリクス演算部４３ｂは、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに対してマトリクスＭＡＵＢを適用して演算を行い、さらに、当該演算の結果として得られた各波長帯域成分の画像データを表示装置５のＲチャンネル、Ｇチャンネル、及び、Ｂチャンネルに割り当てる処理を行う。
プロセッサ４Ａの調光部４５は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号と、前処理部４１から出力される撮像信号とに基づき、内視鏡装置１Ａが白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ｆ及びＬＥＤ３１ｇを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａを白色光観察モードの観察に適した強度で発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。また、プロセッサ４Ａの調光部４５は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号と、前処理部４１から出力される撮像信号とに基づき、内視鏡装置１Ａが狭帯域光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ａを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ｆ及びＬＥＤ３１ｇを狭帯域光観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。
プロセッサ４Ａのモード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１Ａの観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、及び、撮像素子駆動部４７の各部に対して出力する。また、プロセッサ４Ａのモード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１Ａの観察モードを狭帯域光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、狭帯域光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、及び、撮像素子駆動部４７の各部に対して出力する。
次に、第１の変形例の内視鏡装置１Ａの作用について説明する。なお、内視鏡装置１Ａの観察モードが白色光観察モードに設定された場合の各部の動作等については、内視鏡装置１と同様であるため、説明を省略する。
ユーザは、表示装置５に表示される白色光観察モードの観察画像を見ながらスコープ２Ａの挿入操作を行うことにより、被検体内における所望の観察対象部位１０１の近傍にスコープ２Ａの先端部を配置させる。そして、このような状態において、ユーザ等は、モード切替スイッチ２５を操作することにより、内視鏡装置１Ａの観察モードを狭帯域光観察モードに切り替える指示を行う。
モード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１Ａの観察モードを狭帯域光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、狭帯域光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、及び、撮像素子駆動部４７の各部に対して出力する。
ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４５から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ａを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ｆ及びＬＥＤ３１ｇを狭帯域光観察モードの観察に適した強度となるように同時に発光させる。
そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、狭帯域光観察モードにおいては、光源装置３Ａから供給されたＮＢＧ光及びＮＢＢ光がライトガイド７及び照明光学系２１を経て観察対象部位１０１へ出射されるとともに、ＮＢＧ光の反射光であるＲＥＧ光と、ＮＢＢ光の反射光であるＲＥＢ光と、の混合光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される。
一方、撮像素子２３は、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ａのＢフィルタを通過した光と、をそれぞれ受光し、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号を生成して出力する。
前処理部４１は、スコープ２Ａから出力される撮像信号に対して信号増幅及びノイズ除去等の処理を施し、当該処理を施した撮像信号をＡ／Ｄ変換部４２へ出力する。
Ａ／Ｄ変換部４２は、前処理部４１から出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して画像処理部４３へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部４２の処理により、撮像素子２３（の撮像面）において受光されたＲＥＧ光及びＲＥＢ光の強度に応じた赤色成分ＲＤ１と、緑色成分ＧＤ１と、青色成分ＢＤ１と、を含む画像データが生成される。
画像処理部４３は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１Ａが狭帯域光観察モードに切り替えられたことを検出すると、マトリクスＭＡＵＢを用いた演算処理をマトリクス演算部４３ｂにおいて実施させるように動作する。
ここで、スペクトル分布補正機能及び画像分離機能を兼ね備えたマトリクスＭＡＵＢの取得に係る処理について説明する。なお、マトリクスＭＡＵＢの取得に係る処理は、内視鏡装置１Ａの観察モードが狭帯域光観察モードに切り替えられる前のいずれかのタイミングで実施されるものとする。
記憶部２６は、スコープ２Ａとプロセッサ４Ａとが接続されたことを検出した際に、マトリクスＭＡＵＢを取得するための演算処理に用いられる所定の情報として、例えば、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、狭帯域光観察モードにおいて被写体から発せられる戻り光であるＲＥＧ光及びＲＥＢ光のスペクトル分布を示す情報と、をプロセッサ４Ａの画像処理部４３へ出力する。
スペクトル分布補正部４３ａは、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）を備えた撮像素子２３の分光感度特性を示す情報と、狭帯域光観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光及びＲＥＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づき、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ１、緑色成分ＧＤ１及び青色成分ＢＤ１のスペクトル分布を取得する。
また、スペクトル分布補正部４３ａは、前述のように取得した赤色成分ＲＤ１、緑色成分ＧＤ１及び青色成分ＢＤ１のスペクトル分布を既述の手法（各ピーク波長における信号強度のピーク値をそれぞれ１．０にするような手法）で正規化する。そして、このような正規化が行われることにより、各色成分間のスペクトル分布の相異が顕在化する。
さらに、スペクトル分布補正部４３ａは、正規化されたスペクトル分布の形状を相互に一致させるように各係数を設定した、３行３列のマトリクスＣａを取得する。
以上に述べたようなスペクトル分布補正部４３ａの処理を経て取得されるマトリクスＣａは、正規化される前の各色成分（赤色成分ＲＤ１、緑色成分ＧＤ１及び青色成分ＢＤ１）のスペクトル分布、すなわち、狭帯域光観察モード時に撮像素子２３の撮像面で受光されるＲＥＧ光及びＲＥＢ光に基づいて生成される画像データの各色成分（赤色成分ＲＤ１、緑色成分ＧＤ１及び青色成分ＢＤ１）のスペクトル分布の形状が互いに相似な形状となるように補正可能なスペクトル分布補正機能を具備している。
一方、マトリクス演算部４３ｂは、以上に述べたようなスペクトル分布補正部４３ａの処理により取得された３行３列のマトリクスＣａと、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、狭帯域光観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光及びＲＥＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づいて以下のような処理等を行うことによりマトリクスＭＡＵＢを取得する。
まず、マトリクス演算部４３ｂは、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、狭帯域光観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光及びＲＥＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づき、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データＩ’RGBに含まれる赤色成分ＲＤ１、緑色成分ＧＤ１及び青色成分ＢＤ１の強度に対応するマトリクスを以下の数式（７）のように定める。なお、以下の数式（７）において、ＲREBはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＢ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧREBはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＢ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢREBはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＲＥＢ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、ＲREGはカラーフィルタ２３ａのＲフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧREGはカラーフィルタ２３ａのＧフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢREGはカラーフィルタ２３ａのＢフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。

Figure 0005498626

ここで、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、相互に独立した２つの色成分の画像データを分離するためのマトリクスがＭＡＵｂとして設定され、さらに、分離後の２つの色成分の画像データを示すマトリクスがＳとして設定された場合、以下の数式（８）及び（９）に示すような関係が成立する。

Figure 0005498626
Figure 0005498626

そして、マトリクス演算部４３ｂは、上記の数式（８）及び（９）に基づく以下の数式（１０）の演算を行うことにより、２行３列のマトリクスＭＡＵｂを求める。なお、以下の数式（１０）における（Ｃａ・Ｉ’RGB）＋は、３行３列のマトリクスＣと、上記の数式（７）として示したような３行２列のマトリクスＩ’RGBと、の積の擬似逆行列を表すものとする。

Figure 0005498626

上記の数式（１０）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵｂを用いた処理によれば、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、ＲＥＢ光の波長成分に基づく青色成分ＲＥＢＢＤのみを含む画像データを分離することができる。
また、上記の数式（１０）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵｂを用いた処理によれば、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、ＲＥＧ光の波長成分に基づく緑色成分ＲＥＧＧＤのみを含む画像データを分離することができる。
ところで、上記の数式（１０）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵｂを用いた処理によれば、前述の青色成分ＲＥＢＢＤ及び緑色成分ＲＥＧＧＤの画像データをそれぞれ得ることができる一方で、赤色成分の画像データを得ることができない。そのため、第１の変形例のマトリクス演算部４３ｂは、例えば、前述の緑色成分ＲＥＧＧＤの画像データと同じ強度を具備する赤色成分ＲＥＲＲＤの画像データを得ることができるように係数が設定された、以下の数式（１１）として表されるような３行３列のマトリクスＭＡＵＢを取得する。なお、以下の数式（１１）における係数Ｍ３１、Ｍ３２、Ｍ３３、Ｍ４１、Ｍ４２、及び、Ｍ４３は、上記の数式（１０）の演算を経て求められる２行３列のマトリクスＭＡＵｂに含まれる各係数と同じ値であるとする。

Figure 0005498626

すなわち、マトリクス演算部４３ｂは、３行３列のマトリクスＣａと、カラーフィルタ２３ａの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ及びＢフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、狭帯域光観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光及びＲＥＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づいて以上に述べたような処理等を行うことにより、上記の数式（１１）として表されるようなマトリクスＭＡＵＢを取得する。
そして、マトリクス演算部４３ｂは、狭帯域光観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ１、緑色成分ＧＤ１及び青色成分ＢＤ１に対し、予め取得したマトリクスＭＡＵＢを適用して演算を行うことにより、以下の数式（１２）として表されるような、係数Ｍ３１、Ｍ３２及びＭ３３に応じた強度を具備する赤色成分ＲＥＲＲＤの画像データと、係数Ｍ３１、Ｍ３２及びＭ３３に応じた強度を具備する緑色成分ＲＥＧＧＤの画像データと、係数Ｍ４１、Ｍ４２及びＭ４３に応じた強度を具備する青色成分ＲＥＢＢＤの画像データと、を取得する。

Figure 0005498626

また、マトリクス演算部４３ｂは、赤色成分ＲＥＲＲＤの画像データを表示装置５のＲチャンネルに割り当て、緑色成分ＲＥＧＧＤの画像データを表示装置５のＧチャンネルに割り当て、青色成分ＲＥＢＢＤの画像データを表示装置５のＢチャンネルに割り当てる。
その後、画像処理部４３は、マトリクス演算部４３ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４４へ出力する。
そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４４を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。
すなわち、以上に述べたような動作等が狭帯域光観察モードにおいて行われることにより、狭帯域光観察モードに対応した観察画像が表示装置５に表示される。
ところで、例えば、上記の数式（８）及び数式（１０）に含まれるマトリクスＣａが単位行列であると仮定した場合、すなわち、マトリクスＭＡＵＢが実質的にスペクトル分布補正機能を具備しないと仮定した場合には、マトリクスＭＡＵＢを用いた演算が行われることにより、図８のようなスペクトル分布を具備する各色成分の信号の出力値が得られる。図８は、スペクトル分布補正機能を具備しないマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図５とは異なる例を示す図である。
図８のＢ成分のスペクトル分布によれば、４１５ｎｍ付近のピーク波長を具備する青色域の光としてのＲＥＢ光に相当する波長帯域成分以外に、ＲＥＧ光に相当する波長帯域成分においても明確な出力値の変動が生じており、すなわち、ＲＥＢ光の波長成分については適切に分離されていないことがわかる。
また、図８のＧ成分のスペクトル分布によれば、５４０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光としてのＲＥＧ光に相当する波長帯域成分以外に、ＲＥＢ光に相当する波長帯域成分においても明確な出力値の変動が生じており、すなわち、ＲＥＧ光の波長成分についても適切に分離されていないことがわかる。
一方、第１の変形例によれば、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスＭＡＵＢを用いた演算が行われることにより、例えば、図９のようなスペクトル分布を具備する各色成分の信号の出力値が得られる。図９は、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図６とは異なる例を示す図である。
図９のＢ成分のスペクトル分布によれば、４１５ｎｍ付近のピーク波長を具備する青色域の光としてのＲＥＢ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分における明確な出力値の変動が生じておらず、すなわち、ＲＥＢ光の波長成分については適切に分離されている。
また、図９のＧ成分のスペクトル分布によれば、５４０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光としてのＲＥＧ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分における明確な出力値の変動が生じておらず、すなわち、ＲＥＧ光の波長成分についても適切に分離されていることがわかる。
従って、第１の変形例によれば、同時式の撮像方式により得られる複数の色成分を含む画像を、相互に独立した各波長帯域成分毎の画像として好適に分離することができる。
一方、本実施例により取得されるマトリクスＣ及びマトリクスＭＡＵＡは、蛍光観察モードにおいて発生する戻り光としてのＦＬ光及びＲＥＦ光に適合するように各係数が設定されるものに限らず、例えば、生体粘膜の中層に存在する血管及び生体粘膜の中層よりも深い位置（以降、深層とも称する）に存在する太い血管を観察する深層血管観察モードにおいて発生する戻り光（反射光）としての赤色の狭帯域光及び緑色の狭帯域光に適合するように各係数が設定されるものであってもよい。このような場合の具体例について以下に説明する。図１０は、本発明の実施例における第２の変形例に係る内視鏡装置の要部の構成を示す図である。なお、以降においては、簡単のため、内視鏡装置１に係る既述の構成等を適用可能な部分に関する詳細な説明を省略するとともに、内視鏡装置１とは異なる構成等に有する部分に関して主に説明を行う。
内視鏡装置１Ｂは、図１０に示すように、スコープ２からフィルタ切替装置２４を除くとともに、スコープ２のカラーフィルタ２３ａをカラーフィルタ２３ｂに置き換えて構成されたスコープ２Ｂと、光源装置３のＬＥＤ光源部３１をＬＥＤ光源部３１２に置き換えて構成された光源装置３Ｂと、プロセッサ４からフィルタ切替制御部４８を除いて構成されたプロセッサ４Ｂと、を有している。
スコープ２Ｂのカラーフィルタ２３ｂは、４原色のカラーフィルタとして構成されている。具体的には、スコープ２Ｂのカラーフィルタ２３ｂは、所定の分光感度特性（光学特性）をそれぞれ具備する複数のＲ（赤）フィルタ、Ｇ（緑）フィルタ、Ｂ（青）フィルタ、及び、Ｙｅ（黄）フィルタを、撮像素子２３の各画素に対応する位置に配置することにより形成されている。なお、本実施例においては、例えば、図１１に示すような分光感度特性をそれぞれ具備するＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ、及び、Ｙｅフィルタがカラーフィルタ２３ｂに設けられているものとする。図１１は、図１０の内視鏡装置のカラーフィルタに設けられたＲフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ、及び、Ｙｅフィルタの分光感度特性の一例を示す図である。
カラーフィルタ２３ｂのＲフィルタは、カラーフィルタ２３ａのＲフィルタと同様に、赤色域から近赤外域までにおける透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図１１参照）。
カラーフィルタ２３ｂのＧフィルタは、カラーフィルタ２３ａのＧフィルタと同様に、緑色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図１１参照）。
カラーフィルタ２３ｂのＢフィルタは、カラーフィルタ２３ａのＢフィルタと同様に、青色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図１１参照）。
カラーフィルタ２３ｂのＹｅフィルタは、黄色域における透過率が他の波長帯域の透過率より相対的に高くなるような分光感度特性（光学特性）を具備して構成されている（図１１参照）。
スコープ２Ｂのモード切替スイッチ２５は、内視鏡装置１Ｂの観察モードを、術者等の操作に応じて白色光観察モード及び深層血管観察モードから選択されたいずれか一方の観察モードに切り替えるための指示を行うことができるように構成されている。
ＬＥＤ光源部３１２は、広帯域光であるＷＢ光を発するＬＥＤ３１ａと、生体粘膜の中層に存在する血管を観察可能な光であるＮＢＧ光を発するＬＥＤ３１ｆと、生体粘膜の深層に存在する血管を観察可能な光であるＮＢＲ１光を発するＬＥＤ３１ｋと、生体粘膜の深層に存在する血管を観察可能な光であるＮＢＲ２光を発するＬＥＤ３１ｍと、光学素子３１ｈと、光学素子３１ｎと、光学素子３１ｐと、を有して構成されている。
ＬＥＤ３１ｆは、例えば、中心波長が５４０ｎｍに設定された狭帯域な光をＮＢＧ光として発することができるように構成されている。
ＬＥＤ３１ｋは、例えば、中心波長が６３０ｎｍに設定された狭帯域な光をＮＢＲ１光として発することができるように構成されている。
ＬＥＤ３１ｍは、例えば、中心波長が６５０ｎｍに設定された狭帯域な光をＮＢＲ２光として発することができるように構成されている。
光学素子３１ｈは、例えばハーフミラー等により構成されており、ＬＥＤ３１ａから発せられたＷＢ光を光学素子３１ｎ側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｆから発せられたＮＢＧ光を光学素子３１ｎ側へ反射するような光学特性を具備している。
光学素子３１ｎは、例えばハーフミラー等により構成されており、光学素子３１ｈを経て出射されたＷＢ光及びＮＢＧ光を光学素子３１ｐ側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｋから発せられたＮＢＲ１光を光学素子３１ｐ側へ反射するような光学特性を具備している。
光学素子３１ｐは、例えばハーフミラー等により構成されており、光学素子３１ｎを経て出射されたＷＢ光、ＮＢＧ光及びＮＲ１光を集光光学系３３側へ透過させるとともに、ＬＥＤ３１ｍから発せられたＮＢＲ２光を集光光学系３３側へ反射するような光学特性を具備している。
プロセッサ４Ｂのスペクトル分布補正部４３ａは、スコープ２Ｂとプロセッサ４Ｂとの接続に伴って記憶部２６から出力される所定の情報に基づいて処理を行うことにより、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスＣｂを取得する。
プロセッサ４Ｂのマトリクス演算部４３ｂは、スコープ２Ｂとプロセッサ４Ｂとの接続に伴って記憶部２６から出力される所定の情報と、スペクトル分布補正部４３ａにより取得されたマトリクスＣｂと、に基づいて処理を行うことにより、スペクトル分布補正機能及び画像分離機能を兼ね備えたマトリクスＭＡＵＣを取得するための演算処理を行う。
また、プロセッサ４Ｂのマトリクス演算部４３ｂは、深層血管観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに対してマトリクスＭＡＵＣを適用して演算を行い、さらに、当該演算の結果として得られた各波長帯域成分の画像データを表示装置５のＲチャンネル、Ｇチャンネル、及び、Ｂチャンネルに割り当てる処理を行う。
プロセッサ４Ｂの調光部４５は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号と、前処理部４１から出力される撮像信号とに基づき、内視鏡装置１Ｂが白色光観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ｆ、ＬＥＤ３１ｋ及びＬＥＤ３１ｍを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ａを白色光観察モードの観察に適した強度で発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。また、プロセッサ４Ｂの調光部４５は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号と、前処理部４１から出力される撮像信号とに基づき、内視鏡装置１が深層血管観察モードに切り替えられたことを検出した場合には、ＬＥＤ３１ａを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ｆ、ＬＥＤ３１ｋ及びＬＥＤ３１ｍを深層血管観察モードの観察に適した強度で同時に発光させるための調光信号をＬＥＤ駆動部３２へ出力する。
プロセッサ４Ｂのモード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１Ｂの観察モードを白色光観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、白色光観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、及び、撮像素子駆動部４７の各部に対して出力する。また、プロセッサ４Ｂのモード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１Ｂの観察モードを深層血管観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出した場合には、深層血管観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、及び、撮像素子駆動部４７の各部に対して出力する。
次に、第２の変形例の内視鏡装置１Ｂの作用について説明する。なお、内視鏡装置１Ｂの観察モードが白色光観察モードに設定された場合の各部の動作等については、内視鏡装置１と同様であるため、説明を省略する。
ユーザは、表示装置５に表示される白色光観察モードの観察画像を見ながらスコープ２Ｂの挿入操作を行うことにより、被検体内における所望の観察対象部位１０１の近傍にスコープ２Ｂの先端部を配置させる。そして、このような状態において、ユーザ等は、モード切替スイッチ２５を操作することにより、内視鏡装置１Ｂの観察モードを深層血管観察モードに切り替える指示を行う。
モード切替制御部４６は、モード切替スイッチ２５において、内視鏡装置１Ｂの観察モードを深層血管観察モードに切り替える旨の指示がなされたことを検出すると、深層血管観察モードに応じた動作を行わせるためのモード切替信号を画像処理部４３、調光部４５、及び、撮像素子駆動部４７の各部に対して出力する。
ＬＥＤ駆動部３２は、調光部４５から出力される調光信号に基づき、ＬＥＤ光源部３１のＬＥＤ３１ａを消光させるとともに、ＬＥＤ３１ｆ、ＬＥＤ３１ｋ及びＬＥＤ３１ｍを深層血管観察モードの観察に適した強度となるように同時に発光させる。
そして、このようなＬＥＤ駆動部３２の動作により、深層血管観察モードにおいては、光源装置３Ｂから供給されたＮＢＧ光、ＮＢＲ１光及びＮＢＲ２光がライトガイド７及び照明光学系２１を経て観察対象部位１０１へ出射されるとともに、ＮＢＧ光の反射光であるＲＥＧ光と、ＮＢＲ１光の反射光であるＲＥＲＡ光と、ＮＢＲ２光の反射光であるＲＥＲＢ光と、の混合光が観察対象部位１０１からの戻り光として対物光学系２２に入射される。
一方、撮像素子２３は、カラーフィルタ２３ｂのＲフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ｂのＧフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ｂのＢフィルタを通過した光と、カラーフィルタ２３ｂのＹｅフィルタを通過した光と、をそれぞれ受光し、当該受光した各光を撮像して得た撮像信号を生成して出力する。
前処理部４１は、スコープ２Ｂから出力される撮像信号に対して信号増幅及びノイズ除去等の処理を施し、当該処理を施した撮像信号をＡ／Ｄ変換部４２へ出力する。
Ａ／Ｄ変換部４２は、前処理部４１から出力されるアナログの撮像信号をデジタルの画像データに変換して画像処理部４３へ出力する。そして、このようなＡ／Ｄ変換部４２の処理により、撮像素子２３（の撮像面）において受光されたＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光の強度に応じた赤色成分ＲＤ２と、緑色成分ＧＤ２と、青色成分ＢＤ２と、黄色成分ＹｅＤと、を含む画像データが生成される。
画像処理部４３は、モード切替制御部４６から出力されるモード切替信号に基づき、内視鏡装置１Ｂが深層血管観察モードに切り替えられたことを検出すると、マトリクスＭＡＵＣを用いた演算処理をマトリクス演算部４３ｂにおいて実施させるように動作する。
ここで、スペクトル分布補正機能及び画像分離機能を兼ね備えたマトリクスＭＡＵＣの取得に係る処理について説明する。なお、マトリクスＭＡＵＣの取得に係る処理は、内視鏡装置１Ｂの観察モードが深層血管観察モードに切り替えられる前のいずれかのタイミングで実施されるものとする。
記憶部２６は、スコープ２Ｂとプロセッサ４Ｂとが接続されたことを検出した際に、マトリクスＭＡＵＣを取得するための演算処理に用いられる所定の情報として、例えば、カラーフィルタ２３ｂの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びＹｅフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、深層血管観察モードにおいて被写体から発せられる戻り光であるＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光のスペクトル分布を示す情報と、をプロセッサ４Ｂの画像処理部４３へ出力する。
スペクトル分布補正部４３ａは、カラーフィルタ２３ｂの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びＹｅフィルタ）を備えた撮像素子２３の分光感度特性を示す情報と、深層血管観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づき、深層血管観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ２、緑色成分ＧＤ２、青色成分ＢＤ２、及び、黄色成分ＹｅＤのスペクトル分布を取得する。
また、スペクトル分布補正部４３ａは、前述のように取得した赤色成分ＲＤ２、緑色成分ＧＤ２、青色成分ＢＤ２、及び、黄色成分ＹｅＤのスペクトル分布を既述の手法（各ピーク波長における信号強度のピーク値をそれぞれ１．０にするような手法）で正規化する。そして、このような正規化が行われることにより、各色成分間のスペクトル分布の相異が顕在化する。
さらに、スペクトル分布補正部４３ａは、正規化されたスペクトル分布の形状を相互に一致させるように各係数を設定した、４行４列のマトリクスＣｂを取得する。
以上に述べたようなスペクトル分布補正部４３ａの処理を経て取得されるマトリクスＣｂは、正規化される前の各色成分（赤色成分ＲＤ２、緑色成分ＧＤ２、青色成分ＢＤ２、及び、黄色成分ＹｅＤ）のスペクトル分布、すなわち、深層血管観察モード時に撮像素子２３の撮像面で受光されるＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光に基づいて生成される画像データの各色成分（赤色成分ＲＤ２、緑色成分ＧＤ２、青色成分ＢＤ２、及び、黄色成分ＹｅＤ）のスペクトル分布の形状が互いに相似な形状となるように補正可能なスペクトル分布補正機能を具備している。
一方、マトリクス演算部４３ｂは、以上に述べたようなスペクトル分布補正部４３ａの処理により取得された４行４列のマトリクスＣｂと、カラーフィルタ２３ｂの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びＹｅフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、深層血管観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づいて以下のような処理等を行うことによりマトリクスＭＡＵＢを取得する。
まず、マトリクス演算部４３ｂは、カラーフィルタ２３ｂの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びＹｅフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、深層血管観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づき、深層血管観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データＩRGBYeに含まれる赤色成分ＲＤ２、緑色成分ＧＤ２、青色成分ＢＤ２及び黄色成分ＹｅＤの強度に対応するマトリクスを以下の数式（１３）のように定める。なお、以下の数式（１３）において、ＲREGはカラーフィルタ２３ｂのＲフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧREGはカラーフィルタ２３ｂのＧフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢREGはカラーフィルタ２３ｂのＢフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、ＹｅREGはカラーフィルタ２３ｂのＹｅフィルタを経て受光されたＲＥＧ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。また、以下の数式（１３）において、ＲRERAはカラーフィルタ２３ｂのＲフィルタを経て受光されたＲＥＲＡ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧRERAはカラーフィルタ２３ｂのＧフィルタを経て受光されたＲＥＲＡ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢRERAはカラーフィルタ２３ｂのＢフィルタを経て受光されたＲＥＲＡ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、ＹｅRERAはカラーフィルタ２３ｂのＹｅフィルタを経て受光されたＲＥＲＡ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。また、以下の数式（１３）において、ＲRERBはカラーフィルタ２３ｂのＲフィルタを経て受光されたＲＥＲＢ光の波長成分に基づく赤色成分の強度を表し、ＧRERBはカラーフィルタ２３ｂのＧフィルタを経て受光されたＲＥＲＢ光の波長成分に基づく緑色成分の強度を表し、ＢRERBはカラーフィルタ２３ｂのＢフィルタを経て受光されたＲＥＲＢ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表し、ＹｅRERBはカラーフィルタ２３ｂのＹｅフィルタを経て受光されたＲＥＲＢ光の波長成分に基づく青色成分の強度を表すものとする。

Figure 0005498626

ここで、深層血管観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、相互に独立した３つの色成分の画像データを分離するためのマトリクスがＭＡＵＣとして設定され、さらに、分離後の３つの色成分の画像データを示すマトリクスがＳ’として設定された場合、以下の数式（１４）及び（１５）に示すような関係が成立する。

Figure 0005498626
Figure 0005498626

そして、マトリクス演算部４３ｂは、上記の数式（１４）及び（１５）に基づく以下の数式（１６）の演算を行うことにより、３行４列のマトリクスＭＡＵＣを求める。なお、以下の数式（１６）における（Ｃｂ・ＩRGBYe）＋は、４行４列のマトリクスＣｂと、上記の数式（１３）として示したような４行３列のマトリクスＩ’RGBと、の積の擬似逆行列を表すものとする。なお、下記数式（１６）のＭ５１〜Ｍ５４、Ｍ６１〜Ｍ６４及びＭ７１〜Ｍ７４は、それぞれ任意の係数を示すものとする。

Figure 0005498626

上記の数式（１６）の演算を経て求められるマトリクスＭＡＵＣを用いた処理によれば、深層血管観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる各色成分から、ＲＥＧ光の波長成分に応じた色成分のみを含む第１の画像データＩＮＧと、ＲＥＲＡ光の波長成分に応じた色成分のみを含む第２の画像データＩＮＲ１と、ＲＥＲＢ光の波長成分に応じた色成分のみを含む第３の画像データＩＮＲ２と、を分離することができる。
すなわち、マトリクス演算部４３ｂは、４行４列のマトリクスＣｂと、カラーフィルタ２３ｂの各フィルタ（Ｒフィルタ、Ｇフィルタ、Ｂフィルタ及びＹｅフィルタ）の分光感度特性を示す情報と、深層血管観察モードにおいて被写体から発せられるＲＥＧ光、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光のスペクトル分布を示す情報と、に基づいて以上に述べたような処理等を行うことにより、上記の数式（１６）として表されるようなマトリクスＭＡＵＣを取得する。
そして、マトリクス演算部４３ｂは、深層血管観察モードにおいて画像処理部４３に入力される画像データに含まれる赤色成分ＲＤ２、緑色成分ＧＤ２、青色成分ＢＤ２及び黄色成分ＹｅＤに対し、予め取得したマトリクスＭＡＵＣを適用して演算を行うことにより、ＲＥＧ光の波長成分に応じた色成分のみを含む画像データＩＮＧと、ＲＥＲＡ光の波長成分に応じた色成分のみを含む画像データＩＮＲ１と、ＲＥＲＢ光の波長成分に応じた色成分のみを含む画像データＩＮＲ２と、を取得する。
また、マトリクス演算部４３ｂは、前述のように取得した画像データＩＮＧと、画像データＩＮＲ１と、画像データＩＮＲ２と、を表示装置５の任意の色チャンネル（Ｒ、Ｇ及びＢチャンネル）にそれぞれ割り当てる。
その後、画像処理部４３は、マトリクス演算部４３ｂの処理により表示装置５のＲ、Ｇ及びＢの各色チャンネルに割り当てられた画像データに対し、ガンマ補正及びエッジ強調等の処理を施してＤ／Ａ変換部４４へ出力する。
そして、表示装置５は、Ｄ／Ａ変換部４４を経て出力された映像信号に応じた被写体の画像を表示する。
すなわち、以上に述べたような動作等が深層血管観察モードにおいて行われることにより、深層血管観察モードに対応した観察画像が表示装置５に表示される。
ところで、例えば、上記の数式（１４）及び数式（１６）に含まれるマトリクスＣｂが単位行列であると仮定した場合、すなわち、マトリクスＭＡＵＣが実質的にスペクトル分布補正機能を具備しないと仮定した場合には、マトリクスＭＡＵＣを用いた演算が行われることにより、図１２のようなスペクトル分布を具備する各色成分の信号の出力値が得られる。図１２は、スペクトル分布補正機能を具備しないマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図５及び図８とは異なる例を示す図である。
図１２の画像データＩＮＧのスペクトル分布によれば、５４０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光としてのＲＥＧ光に相当する波長帯域成分以外に、ＲＥＲＡ光及びＲＥＲＢ光に相当する波長帯域成分においても明確な出力値の変動が生じており、すなわち、ＲＥＧ光の波長帯域成分については適切に分離されていないことがわかる。
また、図１２の画像データＩＮＲ１のスペクトル分布によれば、６３０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光としてのＲＥＲＡ光に相当する波長帯域成分以外に、ＲＥＧ光及びＲＥＲＢ光に相当する波長帯域成分においても明確な出力値の変動が生じており、すなわち、ＲＥＲＡ光の波長帯域成分についても適切に分離されていないことがわかる。
また、図１２の画像データＩＮＲ２のスペクトル分布によれば、６５０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光としてのＲＥＲＢ光に相当する波長帯域成分以外に、ＲＥＧ光及びＲＥＲＡ光に相当する波長帯域成分においても明確な出力値の変動が生じており、すなわち、ＲＥＲＢ光の波長帯域成分についても適切に分離されていないことがわかる。
一方、第２の変形例によれば、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスＭＡＵＣを用いた演算が行われることにより、例えば、図１３のようなスペクトル分布を具備する各色成分の信号の出力値が得られる。図１３は、スペクトル分布補正機能を具備するマトリクスを用いて画像分離に係る演算が行われた場合の演算結果として得られるスペクトル分布の、図６及び図９とは異なる例を示す図である。
図１３の画像データＩＮＧのスペクトル分布によれば、５４０ｎｍ付近のピーク波長を具備する緑色域の光としてのＲＥＧ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分における明確な出力値の変動が生じておらず、すなわち、ＲＥＧ光の波長帯域成分については適切に分離されている。
また、図１３の画像データＩＮＲ１のスペクトル分布によれば、６３０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光としてのＲＥＲＡ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分における明確な出力値の変動が生じておらず、すなわち、ＲＥＲＡ光の波長成分についても適切に分離されていることがわかる。
また、図１３の画像データＩＮＲ２のスペクトル分布によれば、６５０ｎｍ付近のピーク波長を具備する赤色域の光としてのＲＥＲＢ光に相当する波長帯域成分以外の他の波長帯域成分における明確な出力値の変動が生じておらず、すなわち、ＲＥＲＢ光の波長成分についても適切に分離されていることがわかる。
従って、第２の変形例によれば、同時式の撮像方式により得られる複数の色成分を含む画像を、相互に独立した各波長帯域成分毎の画像として好適に分離することができる。
なお、本発明は、上述した実施例に限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲内において種々の変更や応用が可能であることは勿論である。
本出願は、２０１２年５月１日に日本国に出願された特願２０１２−１０４８３１号を優先権主張の基礎として出願するものであり、上記の開示内容は、本願明細書、請求の範囲、図面に引用されたものとする。

Claims (9)

  1. 被写体に対する照明光の照射に伴って発生する複数の波長帯域成分を含む戻り光を、複数の異なる分光感度で受光して前記分光感度毎の撮像信号を生成する撮像部と、
    前記被写体から発生する前記戻り光のスペクトル分布に関する情報と、前記撮像部の分光感度特性を示す情報と、に基づき、前記撮像部により生成された前記撮像信号に含まれる前記複数の波長帯域成分毎のスペクトル分布が互いに相似な形状になるような補正係数を設定する補正部と、
    前記補正部において設定された前記補正係数に基づき、前記撮像部で生成された前記分光感度毎の撮像信号を前記戻り光に含まれる前記複数の波長帯域成分のうち各波長帯域成分毎に分離する演算を行う演算部と、
    を有することを特徴とする内視鏡装置。
  2. 前記戻り光に含まれる前記複数の波長帯域成分のスペクトル分布を示す情報と、前記撮像部の分光感度特性を示す情報と、が格納された記憶部をさらに有し、
    前記補正部は、前記記憶部から出力される各情報に基づき、前記補正係数を設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  3. 前記戻り光には、前記被写体としての生体組織に予め投与された蛍光物質が前記照明光により励起された際に発せられる蛍光に応じた一の波長帯域成分と、前記生体組織における前記照明光の反射により生じる反射光に応じた前記一の波長帯域成分とは異なる他の波長帯域成分と、が含まれている
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  4. 前記生体組織に投与される蛍光物質に関する情報と、前記撮像部に含まれる撮像素子の種別を識別可能な情報と、が格納された記憶部をさらに有し、
    前記補正部は、前記記憶部から出力される各情報に基づき、前記補正係数を設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  5. 前記生体組織に投与される蛍光物質に関する情報を入力可能な情報入力部と、前記撮像部に含まれる撮像素子の種別を識別可能な情報が格納された記憶部と、をさらに有し、
    前記補正部は、前記情報入力部において入力された情報と、前記記憶部から出力される情報と、に基づき、予め算出された複数の補正係数の中から、前記分光感度毎の撮像信号を補正するための補正係数を設定する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  6. 前記撮像部は、前記戻り光に含まれる波長帯域成分の数よりも多い複数の色成分毎に異なる分光感度を具備するように形成されたカラーフィルタと、前記カラーフィルタが撮像面に取り付けられた撮像素子と、を有して構成されている
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  7. 前記戻り光には、前記被写体としての生体組織の表層に存在する毛細血管を観察可能な波長帯域成分と、前記生体組織の表層よりも深い位置である中層に存在する血管を観察可能な波長帯域成分と、が含まれている
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  8. 前記戻り光には、前記被写体としての生体組織の中層に存在する血管を観察可能な波長帯域成分と、前記生体組織の中層よりも深い位置である深層に存在する血管を観察可能な波長帯域成分と、が含まれている
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
  9. 前記補正部は、前記補正係数として、前記取得した各波長帯域成分毎のスペクトル分布における強度のピーク値を所定の値に正規化したスペクトル分布を各波長帯域成分毎に同一にするための係数を算出する
    ことを特徴とする請求項１に記載の内視鏡装置。
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